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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Un détecteur de métaux souterrain sera trouvé. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / détecteurs de métaux Le détecteur de métaux que j’ai développé n’a encore été utilisé ni dans les opérations de maintien de la paix pour identifier et neutraliser les champs de mines, ni dans les études géologiques ou archéologiques à grande échelle. Conçu non pas pour les professionnels, mais pour les amateurs, dont le désir de « regarder sous terre » est capable de satisfaire la conception avec les paramètres donnés dans le tableau, il s'agit d'une version améliorée du « détecteur de métaux battant ». La sensibilité de l'appareil est augmentée grâce à l'utilisation bénéfique (fixation claire) de la dépendance de la durée de l'impulsion de sondage sur l'intensité des parcelles elles-mêmes avec l'introduction du contrôle automatique de fréquence (AFC) dans le générateur de recherche. De plus, des mesures supplémentaires pour la stabilisation de la tension et la compensation de la température des unités électroniques n'étaient pas nécessaires. Et les "contradictions irréconciliables" prédites par les sceptiques (ils disent qu'un changement de fréquence du circuit oscillatoire de recherche lorsque le métal pénètre dans la zone de travail est incompatible avec le fonctionnement normal du système AFC) ont été résolues par la pratique elle-même. Il s'est avéré que lorsque le capteur se déplace sur la surface étudiée à une vitesse de 0,5 à 1 m/s, le circuit de l'appareil n'entre pas en conflit avec l'autoréglage de la fréquence, qui présente une inertie importante (constante de temps élevée).
L'analyse du schéma fonctionnel montre déjà qu'il est évidemment plus difficile de fabriquer un tel dispositif que n'importe lequel des analogues précédents, moins sensibles. Après tout, le développement que je propose, en plus de l'ensemble standard d'exemples de générateurs à quartz (1) et de mesure (2), un inducteur externe L (capteur de trame de recherche), un mélangeur (3) et un enregistreur de son BA (téléphone capsule), il existe de nouveaux appareils améliorant considérablement les performances. Il s'agit d'un intégrateur (4), qui génère un signal en dents de scie avec une amplitude proportionnelle à la fréquence de battement de commande, et d'un formateur d'impulsions d'écriture (5), qui, avec une clé (6) et un suiveur de source VT, est un analogique dispositif de stockage qui fixe la tension de crête de l'intégrateur. Un détecteur de métaux ne peut se passer d'un comparateur (7), qui assure le transfert automatique de l'électronique de la zone de sensibilité maximale à la zone d'enregistrement des battements un à un (et vice versa), sans un générateur VCO spécial (8), qui convertit la tension générée au niveau de la source suiveuse en fréquence d'oscillations électriques de 200 à 8000 9 Hz. et également sans le système d'autoréglage original mentionné ci-dessus de l'AFC (10) avec une unité spéciale qui ralentit la réponse de l'appareil à un changement trop brusque de la tension de commande. XNUMX). caractéristiques techniques
Comme le montre la pratique, c'est cette composition d'appareils avec la méthode choisie de génération d'un signal audio qui permet d'écouter les deux fréquences simultanément, facilitant grandement le réglage initial de l'appareil sur une certaine sensibilité. Et la fiabilité est assez élevée. Même dans une situation extrême, lorsque, par exemple, un capteur de recherche s'approche d'un objet métallique massif à une distance à laquelle la différence de fréquence devient presque critique (70 Hz), il n'y a aucun dysfonctionnement - seule une fréquence de battement changeante est entendue dans le écouteurs. Parlons maintenant des détails qui sont reflétés dans le schéma de circuit. L'exemple de générateur est réalisé sur l'élément DD1.1. Sa fréquence est stabilisée par un résonateur à quartz ZQ1 inclus dans un circuit de rétroaction positive. Pour assurer l'excitation du générateur à la mise sous tension, la résistance R1 est utilisée. L'élément tampon DD1.2 disponible ici décharge le générateur et génère également un signal avec des niveaux numériques. La résistance R2 détermine le degré de charge et la puissance maximale dissipée dans le résonateur à quartz.
Ce générateur peut fonctionner avec presque n'importe quel résonateur avec une consommation de courant de 500 à 800 μA. Et le diviseur de fréquence qui le suit par deux (élément DD2.1) génère un signal à méandre symétrique, nécessaire au fonctionnement normal du mélangeur. Le générateur de mesure est assemblé selon le schéma d'un multivibrateur asymétrique (transistors VT1 et VT2). La sortie vers le mode d'auto-excitation fournit un circuit de rétroaction positive sur le condensateur C7. Les éléments de réglage de la fréquence sont C3 - C5, VD1 et le capteur-bobine de recherche L1. De plus, la génération s'effectue dans la plage de 500 kHz à 700 kHz, en fonction du résonateur à quartz disponible. Un paramètre aussi important que l'instabilité à court terme est faible pour ce générateur. La dérive de fréquence pendant les 10 premières secondes immédiatement après la mise sous tension ne dépasse pas 0,7 Hz (et toutes les 30 minutes - jusqu'à 20 Hz), bien que même 1 Hz par minute soit considéré comme acceptable pour le fonctionnement normal de l'appareil (sans AFC). Le signal sinusoïdal produit par le générateur de mesure, ayant une amplitude de 1 à 1,2 V, est transmis via le condensateur de séparation C9 au déclencheur DD3.2, qui génère des impulsions rectangulaires avec des niveaux numériques et un rapport cyclique de 2. R5R6 est un diviseur. nécessaires au fonctionnement normal de cette section du circuit. Eh bien, un DD3.3 agit comme un étage tampon. Le signal qui en provient est transmis au mélangeur (T-trigger DD2.2). La fréquence du diviseur du générateur exemplaire y entre également.
Les caractéristiques du fonctionnement DD2.2 sont telles que si deux séquences d'impulsions proches en fréquence arrivent aux entrées C et D de cet élément logique, alors un signal de fréquence différence avec un méandre strictement symétrique est formé aux sorties. De plus, tout ce qui est retiré de la sortie 12 du mélangeur a la forme représentée sur la figure 2a. Les signaux directs, ainsi que retardés (Fig. 2b) inversés (en raison du circuit R8C11 et de l'élément DD4.2) sont additionnés sur la touche DD5.1, qui agit comme un ET/OU logique avec formation de courts positifs enregistrement d'impulsions (Fig. 2c) pour le fonctionnement de dispositifs de stockage analogiques (DD5.2, C13. VT3). Mais ce n'est pas tout. Le signal extrait de la sortie de DD4.2 arrive à l'intégrateur, réalisé selon le schéma classique utilisant VD2, R10 - R11, DA1, C12. La résistance R11 limite le courant de recharge du condensateur C12, déchargeant la sortie de l'élément DD4.2. Signal intégré (Fig. 2d) via la clé DD5.2. qui est contrôlé par les impulsions de DD5.1, est introduit dans la capacité de stockage C13, où une tension égale à la valeur maximale de ce qui provient de l'intégrateur est formée et maintenue avec une grande précision jusqu'à un nouveau cycle d'enregistrement (Fig. 2e). Le condensateur C14 atténue l'effet de type "pas", qui peut se produire avec un changement brusque des fréquences de battement (Fig. 2f). Depuis le suiveur de source, le signal va au comparateur DD4.3, au VCO (générateur contrôlé en tension) et au circuit de boucle AFC. Le diviseur R21R22 ainsi que les retours R23 et R24 réduisent la plage de tension de commande à une amplitude de 1,2 V. L'amplificateur opérationnel DA2 compare la valeur reçue avec celle donnée par le diviseur R26R29 et génère la tension de commande du varicap VD1. La résistance R26 peut définir approximativement le point de capture initial de l'AFC (sensibilité), et R27 - exactement. De plus, en déplaçant le curseur R26 vers la position extrême (supérieure ou inférieure selon le schéma), il est facile de quitter la zone de capture AFC (± 300 Hz), en mettant en œuvre le mode de fréquence de battement un à un, ce qui permet de travailler avec l'appareil plus flexible. Pour comprendre les caractéristiques du fonctionnement du nœud qui ralentit la réponse de l'AFC à un changement brusque de la fréquence de battement, nous supposons que sur la base du transistor VT4, il existe, par exemple, un Ub stable. Nous supposons également qu'à un moment donné, il y a un changement brusque de la fréquence de battement et, par conséquent, de la tension aux bornes de C14. Un circuit fonctionnel de notre détecteur de métaux répondra certainement à un tel écart "d'introduction" "adéquat du transistor Ub VT4 par rapport à sa valeur précédente (en raison des valeurs nominales élevées de R19, R20 et C16). Mais la réponse à un changement en douceur de la fréquence de battement sera certainement une réaction sous la forme d'un lent changement des tensions nommées. Lorsqu'un objet métallique pénètre dans la zone de sensibilité du capteur de trame de recherche et y reste pendant une période relativement longue, une tension est définie sur la base de VT4, ce qui est généralement suffisant pour revenir au mode de fréquence spécifié. Mais avec un retrait brutal du capteur sur le côté, la situation change, l'Ub du transistor VT4 ne pourra pas revenir rapidement au niveau précédent. C'est-à-dire que les conditions sont créées pour le passage par « 0 » (l'apparition d'une rétroaction positive). Pour exclure ce dernier, un shuntage de R19 avec une diode VD3 a été introduit, à travers lequel la capacité C16 se décharge rapidement (Ub revient au niveau réglé). En fait, l'AFC a (selon la direction dans laquelle la fréquence de battement change) deux constantes de temps. Et comme la conception spéciale du capteur élimine pratiquement l'influence des propriétés ferromagnétiques des objets détectés sur l'augmentation de f du générateur de recherche, l'AFC et l'appareil dans son ensemble fonctionnent très correctement dans tous les modes. VCO (DD4.4 et R18, C15) convertit la tension, qui change avec la fréquence de battement, en fréquence. Et le comparateur DD16 configuré à l'aide du diviseur R17R4.3 lui permet de le faire dans la zone de sensibilité maximale. La fréquence du VCO est envoyée à l'entrée A du mixeur (touche DD5.4). L'entrée CO provient de l'élément logique DD4.1 et de la différence f bat, et d'une courte impulsion négative formée par le circuit différenciateur C10R9 (pour un meilleur son des écouteurs, réduisant la consommation d'énergie). En conséquence, soit la fréquence modulée du VCO, soit seule la fréquence de battement est présente à la sortie du mélangeur. De plus, le système effectue automatiquement la transition d'un mode à un autre. La résistance variable R30 sert de contrôle de charge et de volume, et SA1 combiné avec elle sert d'interrupteur d'alimentation. L'utilisation de microcircuits de la série CMOS, amplificateurs opérationnels fonctionnant en mode microcourant, a permis de réduire la consommation de courant au niveau de 6 mA, rendant acceptable l'utilisation de la batterie Krona comme source d'alimentation. Comme d'autres analogues, presque tout le détecteur de métaux est monté sur une carte de circuit imprimé en fibre de verre recouverte d'une feuille sur une face. Le générateur de recherche est placé dans une boîte de blindage en étain.
Seules les résistances de commande R26, R27, R30, les prises pour connecter l'alimentation et les écouteurs, ainsi que le cadre du capteur sont sortis des dimensions de la carte. DD1 K561LA8 ; DA1-DA2 KR140UD1208 ; DD2 K561TM2 ; VT1-VT3 KP303A ; DD3K176LP4 ; VT4KT3102G ; VD1 D902 ; VD2-VD3 KD522 La technologie et le soin apporté à la fabrication du cadre du capteur sont si importants pour les performances de l'ensemble du détecteur de métaux qu'ils nécessitent apparemment une présentation plus détaillée. Un faisceau composé de onze morceaux de fil PEV1100-2 de 1,2 mm sert ici de base. Enveloppé étroitement d'une couche de ruban isolant, il est pressé dans un tube en aluminium ayant un diamètre intérieur de 10 mm et une longueur de 960 mm. Le flan obtenu est façonné en un cadre rectangulaire de 300x200 mm aux coins arrondis.
L'extrémité du premier des fils, placée dans un boîtier en aluminium - écran électrostatique, est successivement soudée au début du second, et ainsi de suite jusqu'à former une sorte d'inducteur à 11 spires. Les pointes sont isolées les unes des autres avec du ruban de papier et remplies de résine époxy, tout en excluant l'apparition d'une bobine en court-circuit due au tube lui-même plié dans un cadre. Il est conseillé de prévoir ici tout connecteur haute fréquence fermé et un support approprié (non métallique) pour le guidon, qui peut être utilisé comme une ou deux sections d'une tige pliable. Il est préférable d'utiliser le câble reliant le cadre au bloc en utilisant un câble coaxial, un téléviseur, par exemple PK75. Le générateur de recherche de starter L2 (désignation ci-après - selon la Fig. 1 et conformément au schéma électrique du détecteur de métaux, publié dans le numéro précédent du magazine) comporte 450 tours de fil PEL1-0,01. Bobinage - en vrac sur un châssis d'un diamètre de 4 et d'une longueur de 15 mm avec un noyau ferromagnétique M600NN (vous pouvez utiliser une bobine de contour adaptée d'une ancienne radio). L'inductance d'une telle self est de 1 à 1,2 mH. L'appareil utilise des condensateurs KSO ou KTK (C3, C4, C5), KLS ou KM (C1, C2, C6 - C13, C15), K50-6 ou K53-1 (C14, C16, C17). Il existe également un choix de résistances. En particulier, pour les "trimmers", R26, R27, SP5-2 ou SP-3 conviennent. On peut en dire autant de la variable R30, seulement elle doit être combinée avec l'interrupteur. Toutes les autres résistances sont MLT-0,125 (VS-0,125). Le MS numérique peut être remplacé par des analogues de la série K176 bien établie. DD1, DD3 - n'importe lequel de la même série, à condition qu'ils contiennent le nombre requis d'onduleurs. Les transistors peuvent également être remplacés. Comme VT1 et VT2, par exemple, KP303B (-Zh) convient. A la place de VT3, KP303 ou KP305 est acceptable (la lettre index à la fin du nom ne joue aucun rôle dans ce cas), et KT3102G (VT4) remplacera KT3102E. Quartz - l'un de ceux conçus pour 1,0-1,4 MHz. Le choix des écouteurs est également illimité. Comme le montre la pratique, TON-1 ou TON-2 conviennent tout à fait. Varicap D901 peut être remplacé par D902. Diodes VD2 et VD3 KD522 (KD523) avec n'importe quelle lettre d'index. Pour configurer l'appareil assemblé, vous aurez besoin d'un oscilloscope et... d'une précision de travail. Après avoir soigneusement examiné l’ensemble de l’installation, le circuit est alimenté. Ensuite, ils vérifient la consommation de courant qui, pour une conception réalisable correctement exécutée, devrait être de 5.5 à 6,5 mA. En dépassant les valeurs spécifiées, ils recherchent et éliminent les erreurs de soudure, etc. Le fonctionnement de l'exemple de générateur est vérifié par la présence sur la broche 1 du microcircuit DD2 d'une fréquence égale à 0,5 f d'un résonateur à quartz avec un rapport cyclique de 2. Ensuite, ils se dirigent vers le "moteur de recherche". La moitié de la tension d'alimentation est appliquée au point de contrôle du circuit imprimé, où convergent R3 et C8, tout en déconnectant la sortie du microcircuit DA2. Et avec un oscilloscope connecté au drain du transistor VT2, ils vérifient l'amplitude de la tension de sortie. Elle doit être comprise entre 1 V et 1,2 V. Si l'écart dépasse 0,1 V, corrigez le nombre de tours dans l'inductance L2. À l'aide des condensateurs C3 et C4, la fréquence optimale du signal est fixée à 0.5 fquartz. De plus, le capteur lui-même ne doit pas être situé à moins de deux mètres des objets métalliques. Si nécessaire, en sélectionnant R5, ils cherchent à obtenir un signal de sortie symétrique sur la broche 9 du microcircuit DD3 (dans ce cas, le mélangeur doit délivrer un signal de fréquence différence avec un méandre égal à 2). Ensuite, après avoir réglé la fréquence de battement égale à 8-9 Hz en modifiant la tension sur le varicap, le signal à la broche 6 de l'intégrateur DA1 est mesuré - il devrait être "sur le point de limiter par le bas". Le réglage correspondant s'effectue en sélectionnant la valeur de la résistance R10. En connectant un oscilloscope à la source du transistor VT3, ils vérifient l'évolution du niveau de tension en fonction de la fréquence de battement. Les résistances R16 et R17 garantissent qu'un zéro logique à la sortie du comparateur (broche 10 de la puce DD4) n'apparaît que lorsque f bat devient supérieur à 70 Hz. Le VCO est ajusté avec la résistance R15 pour que l'oscillateur commence à fonctionner lorsque le signal de l'intégrateur "quitte la limite par le bas". À l'avenir, cela simplifiera grandement le réglage de l'appareil avant son fonctionnement, puisque la fréquence minimale du VCO correspondra au réglage du détecteur de métaux sur la sensibilité maximale. Après avoir restauré sur le circuit imprimé la connexion R3 et C8 précédemment soudée avec DA2, ils passent à l'étape finale de débogage de l'appareil. Le moteur "trimmer" R26 est tourné vers la position extrême ("plus"), ce qui correspondra à la fréquence de battement maximale (d'ailleurs, f générateur de recherche > f exemplaire. Ensuite, en faisant tourner lentement le moteur dans la direction opposée, ils commencent à contrôler le signal sur la broche 6 de DA1. Ils remarquent comment (à une certaine position du moteur R26) le moment où le signal atteint la zone de capture AFC apparaît sur l'écran de l'oscilloscope. En continuant à tourner le bouton de la résistance d'accord R27, ils atteignent une fréquence de battement de 10 Hz, tout en vérifiant simultanément le fonctionnement de l'AFC (car le signal tend à revenir à son état initial). Les moteurs des résistances R26, R27 doivent être déplacés lentement, compte tenu de la grande inertie de l'AFC. Dans ce cas, la fréquence minimale du VCO et les faibles clics des f beats seront entendus dans le casque. Dans certains cas, il peut y avoir un effet de « flottement » du son par rapport à un état fixe. Dans ce cas, il est nécessaire de sélectionner plus précisément le rapport des résistances R23, R24 ou de réduire les valeurs de R19, R20. Comme déjà indiqué, la partie électronique du détecteur de métaux (et il s'agit de la quasi-totalité de l'appareil) peut être montée dans n'importe quel boîtier approprié monté sur la poignée. Il faut veiller à ce que le capteur-cadre de recherche, ainsi que les fils de connexion, soient rigidement fixés les uns par rapport aux autres. Après tout, même de légères vibrations de ces pièces qui se produisent lorsque l'opérateur bouge peuvent générer un faux signal (surtout avec une sensibilité maximale du circuit et une expérience insuffisante avec l'appareil). Pour la même raison, la spatule doit être portée derrière le dos avec la baïonnette vers le haut (loin du cadre du capteur). Et les pointes métalliques sur les lacets des bottes de l'opérateur sont généralement inacceptables. Les interférences qu’ils provoquent menacent d’annuler tous les efforts de l’appareil ultra-sensible pour trouver dans la terre ce dont il hésite tant à se séparer. Travailler avec un détecteur de métaux n'est pas très différent de travailler avec un détecteur de mines manuel moderne. Bien entendu, des instruments aussi précis nécessitent des ajustements. Dans notre cas particulier, il s'agit de la rotation de la résistance trimmer R26 vers la position extrême ("positive"), et R27 vers celle du milieu. Après avoir mis l'équipement sous tension, tournez le bouton de réglage R26 dans le sens opposé jusqu'à ce que le signal VCO apparaisse dans le casque. Après cela, la sensibilité requise est réglée avec une résistance accordée R27. Et avec l'aide de R26, ils ont arbitrairement défini (lorsque vous travaillez avec l'appareil en mode battement un à un) f battements dans la plage de 200 à 300 Hz. AFC et VCO sont essentiellement désactivés, la recherche est donc effectuée comme d'habitude. Pour déterminer plus clairement l'emplacement de petits objets, le cadre du capteur est amené à la zone de recherche soit horizontalement (avec un coin arrondi vers l'avant), soit avec une inclinaison de 45 à 90 ° par rapport à la surface étudiée (avec un net avantage de position d'un des parois latérales du cadre). Auteur : Yu. Stafiychuk
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